煤层自燃发火标志性气体有什么

煤火对环境的影响主要体现在燃烧产生的能量和物质导致了燃烧区域物理、化学、生物等性质改变，表2⁃1⁃1是地下煤火发展前后对部分环境影响的对比。这些环境标志的变化特征，在一定程度上又是探测煤层自燃的重要依据。

表2-1-1 地下煤火发展前后对环境影响对比

（一）物理变化标志

煤层自燃对物理性质的改变，主要是对地质环境的影响，如地面沉降和塌陷、崩塌、滑坡、泥石流和土地沙漠化等次生环境问题上。地下煤层的自燃一方面燃烧地下煤炭，形成烧空区；另一方面自燃对上覆岩层的烘烤，改变了岩石的物理化学性质，岩石在重力作用下发生坍塌，导致地面沉降，形成塌陷坑和燃烧裂隙带，见图2⁃1⁃1。

图2-1-1 煤层自燃形成的燃烧塌陷和裂隙

煤层自燃形成的地面沉降还使地貌发生变化，改变原有的景观。使道路改道，造成交通的不便。塌陷形成的陡坎，如果上有破碎的岩石，在风力和各种自然营力的长期作用下，上覆岩石还会发生沉降和崩塌，直接导致地形的改变，使原本完善的地表千疮百孔。地形的改变还会使近地表的阻力发生改变，这又会造成地表风速和风向的变化，在一定程度上会对当地的小气候产生影响，进而影响当地的生态环境。由于地表变得更加破碎，加速和扩大了自然因素所引起的土壤破坏和岩石的侵蚀，造成土地沙化和水土流失。当有暴雨天气的出现时，还有产生泥石流的潜在危害。煤层自燃除产生这些宏观上的地表地貌和地形的变化外，还会使煤层上覆岩层或土壤的物化结构发生改变，生成烧变岩和烧变土壤。结合这些微观的变化，煤层燃烧产生的次生地质问题可以用来作为判断煤层自燃区域和强度的一个环境标志。

（二）化学变化标志

煤层自燃使一些物质产生化学变化，主要是煤层自燃过程中向外释放的各种燃烧物质（图2⁃1⁃2）。煤自燃产生CO、CO2、SO2、NOx和颗粒物，以及析出的硫磺、芒硝和煤焦油等化学物质在自燃区的扩散和在地表的覆盖，使得自燃区在大气、土壤及颜色、气味等方面存在明显的变化（图2⁃1⁃3），这是煤层自燃的另一个环境标志。

图2-1-2 乌达煤田自燃区烟气排放景观

（三）生物环境变化标志

煤层自燃的另一个明显的环境标志是自燃区生态环境的变化。对乌达煤田来说，主要是地表植被的变化。乌达地区由于受乌兰布和沙漠的影响，具有干旱无雨、热量有余、风暴成灾、夏炎冬寒的气候特点；地面干燥，风蚀严重，土质疏松，土壤、植被发育不良，自然景观总体上比较荒凉，生态系统脆弱。煤层自燃释放的热量和有毒有害物质加剧了对自燃区植被的影响。它们影响了植被的生存环境，有毒有害物质对植物的叶片和枝茎产生损害，产生各种斑点和纹理；热量对植被的烘烤，影响植被的正常生长，与正常区相比，植株形态会发生变化。如果烘烤的过于强烈，还会导致植被大面积的枯萎，甚至死亡，形成了自燃区和非自燃区地表植被在形态和密度上的明显差异。

图2-1-3 地下煤自燃析出的硫磺、芒硝和煤焦油

正常区植被叶片呈正常的绿色，植被密度适中，植株发育正常（图2⁃1⁃4（a））；燃烧区植被较正常区稀疏、矮小，且植被叶片成明显的枯萎状（图2⁃1⁃4（b））；燃烧中心，植被已经无法生存，形成了裸露的地表，与远处绿色的植被形成极其明显的对照（图2⁃1⁃4（c））。因此，煤自燃对植被的影响很大，植被生长的稀疏矮小、枯萎、死亡等形成了一个明显的环境标志。

图2-1-4 乌达煤田火区植被状况

综上所述，煤层自燃能够造成地面的沉降和塌陷，裂隙发育；自燃释放的化学物质、燃烧释放的能量形成烧变岩和烧变土壤，改变了原来煤层上覆岩石和土壤的物化性质；地表植被的生存环境发生改变，加剧了沙漠化进程。这些特征是遥感探测最直接的环境标志。

影响煤炭自燃发火的因素

决定矿井或煤层自燃发火危险程度的因素一是煤的自燃发火倾向性，二是地质采矿技术。

影响煤炭自燃的内因

煤的变质程度 各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

煤的水分 煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100%，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。

煤岩成分 煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。

煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。

煤的孔隙率和脆性 煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，使其自燃性显著提高。

煤层瓦斯含量 瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

影响煤炭自燃的外因

煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气量和外界的热交换作用，这两个因素与煤层的埋藏条件和其开采方法有着错综复杂的联系，其中外在因素有：

地质因素： ①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

开采技术因素: ①开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险性就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因素的影响主要表现在采空区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有限，散热作用低。

(2)自热阶段。煤温开始升高至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化产生热量逐渐积累、温度自动升高的过程。具有以下特点：①氧化放热较大，煤温及其环境温度升高②空气中CO、CO2含量显著增加，并散发出煤油味和其他芳香气味③有水蒸汽生成，火源附近出现雾气，在支架及巷道壁上凝有水珠④微观结构发生变化。

(3)燃烧阶段。煤温达到其自燃点后，若能得到充分的供氧(风)，则发生燃烧，出现明火。这时会产生大量的高温烟雾，其中含有CO、CO2以及碳氢类化合物。若煤温达到自燃点，但供风不足，则只有烟雾而无明火，此即为干馏或阴燃。

(4)熄灭。及时发现，采取有效的灭火措施，使煤温降至燃点以下，燃烧熄灭

     贺兰山作为宁蒙分界线上的重要地理标志，一直备受国家关注。国家对此专门叮嘱当地政府：贺兰山是我国重要自然地理分界线和西北重要生态安全屏障，维系着西北至黄淮地区气候分布和生态格局，守护着西北、华北生态安全。要加强顶层设计，狠抓责任落实，强化监督检查，坚决保护好贺兰山生态。 

     可是近日，关于贺兰山煤层自燃的一条新闻走进了大众的视野。国民才了解到贺兰山由于开采煤炭资源引起的环境破坏有多么严重。就拿贺兰山的汝箕沟矿区来说，煤层自燃历史已超过三百年，有3.3平方公里的土地已经被污染，而且每年还在以14~16米的速度向外围扩散。

     据记者了解，造成煤层自燃现象的原因主要有两方面：一是由于过去小煤窑多达140处，井工正规开采也达50多年，矿区开采遗留的废旧巷道和采空区为火区提供了良好的漏风供氧通道。二是太西煤具有高化学活性、高瓦斯含量等特点，煤层着火后不存在自然熄灭的可能性，而且由于太西煤变质程度很高，瓦斯含量大，所以目前不光是煤在烧，大量瓦斯涌出也参与燃烧，加快了火区燃烧速度。

     煤层自燃不仅对当地的生态环境造成了严重破坏，导致大面积山林焚毁，山体裂缝、塌陷等地质灾害频发；由于煤层自燃过程中会产生二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害气体，在随空气扩散后对附近居民的身体健康造成了很大的影响。

     当地政府在三年前就已经开展了治理工作，累计投入资金达100亿，治理修复面积达200平方公里，贺兰山的生态系统也达到了有效的修复。在对贺兰山形成点、线、面互为一体的保护格局后，森林覆盖率在逐年增长，野生动物数量也在不断上升，正在不断向之前那个风景秀丽的贺兰山恢复。

     不过，修复贺兰山生态不是一朝一夕之功，还需政府和企业共同努力，除了植树造林、退出矿企、消除非法人类活动，还需要给贺兰山山体来一次全面体检，实施一台“微创手术”，消除困扰贺兰山的“自燃”破坏，给贺兰山这道生态屏障强筋健骨。